46

BAB V PENGUJIAN DAN ANALISIS WAHANA

Pengujian sistem pada wahana dilakukan baik pada perangkat keras, perangkat lunak,

maupun fungsional sistem secara keseluruhan. Pengujian ini bertujuan untuk

mengetahui tingkat keberhasilan perangkat-perangkat sistem pada wahana yang telah

dirancang dan dibangun.

5.1. Pengujian Perangkat Keras

5.1.1. Pengujian Subsistem Pengendali

Pengujian subsistem pengendali meliputi pengujian karakteristik board

mikrokontroler dan konfigurasi fungsional sistem. Pengujian ini dilakukan secara

langsung dengan menghubungkan setiap komponen yang diuji terhadap target

pengujian. Tujuannya adalah untuk memperoleh hasil pengujian secara langsung

pada setiap komponen wahana (target) yang diuji.

• Pengujian karakteristik board mikrokontroler

Pengujian ini merupakan pengujian yang dilakukan untuk mengetahui

apakah mikrokontroler yang telah diberi program – dapat memroses data

atau memberikan respon yang tepat berdasarkan suatu masukan data dari

pengguna. Pengujian karakteristik ini dilakukan dengan menghubungkan

board mikrokontroler dengan catu daya sistem dan peralatan sistem

aktuator yang akan digunakan. Tujuannya adalah untuk melihat secara

langsung keluaran pin-pin mikrokontroler (baik sebagai pin masukan dan

pin keluaran) dan bagaimana respon yang diberikan mikrokontroler

tersebut terhadap suatu masukan dari pengguna sistem.

Pengujian ini dilakukan dengan mengukur nilai tegangan VCC pada

rangkaian yang telah dibuat dan nilai tegangan logika “high” dan ”low”

yang dihasilkan oleh mikrokontroler saat beroperasi.

Hasil pengujian karakteristik board mikrokontroler adalah:

(a) board mikrokontroler (DT AVR low cost micro system) mendukung

pemrograman mikrokontroler secara ISP (In System Programming)

dengan artian bahwa program assembly yang berasal dari PC dapat

47

dimasukkan ke dalam mikrokontroler tanpa harus melepaskan

mikrokontroler dari board (mikrokontroler berada dalam sistem),

(b) pemrograman ISP ini dapat dilakukan dengan menggunakan paralel

port atau serial port PC. Untuk pemrograman ISP melalui paralel

port PC, dapat digunakan interface DT-HiQ dan untuk pemrograman

melalui serial port dapat digunakan interface AVR 910,

(c) perangkat lunak CVAVR dapat memasukkan program hasil compile-

nya ke dalam mikrokontroler secara langsung,

(d) tegangan yang keluar dari pin I/O board adalah 4.96 Volt DC (VCC)

dengan nilai tegangan pin saat logika hi sama dengan 4.02 Volt dan

nilai tegangan pin saat logika lo sama dengan 0.5 Volt.

• Pengujian fungsional sistem

Pengujian ini meliputi pengujian pengiriman dan penerimaan data dari

dan ke PC, dan pengujian hubungan mikrokontroler dengan subsistem

aktuator. Semua pengujian tersebut dilakukan secara langsung dengan

menghubungkan board mikrokontroler dengan target pengujian

(subsistem aktuator servo atau motor DC).

� Pengujian pengiriman dan penerimaan data

Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui apakah subsistem

pengendali wahana dapat mengirim dan menerima data ke dan dari

PC. Pengujian menggunakan perangkat lunak Hyper Terminal untuk

mengetahui hasil pengiriman dan penerimaan data pada serial port

(koneksi antara mikrokontroler dan PC).

Hasil pengujiannya adalah:

(a) pada saat inisialisasi, mikrokontroler berhasil mengirimkan

beberapa data karakter kepada PC dan menghasilkan keluaran

”Selamat Datang” pada tampilan Hyper Terminal,

(b) metode swirch-case kode program mikrokontroler berhasil

memberikan respon terhadap instruksi dari PC dengan

mengirimkan data karakter huruf sebagai indikator bahwa

instruksi telah diproses.

48

� Pengujian hubungan mikrokontroler dengan subsistem aktuator

Pengujian ini dilakukan dengan cara menghubungkan

mikrokontroler dengan subsistem aktuator (motor DC dan servo)

dan melihat respon dari subsistem aktuator tersebut.

Hasil pengujian ini adalah:

(a) pada saat inisialisasi, shaft servo berada pada posisi 180o dan

motor DC diam,

(b) instruksi lebar pulsa hi servo yang dapat dikirim ke

mikrokontroler bernilai 40 s.d. 200,

(c) motor DC dapat bergerak dengan instruksi besar PWM bernilai 0

s.d. 1023.

Kesemua pengujian subsistem pengendali menunjukkan bahwa subsistem

pengendali telah dapat bekerja dengan baik dan mampu mengendalikan

semua kebutuhan gerakan wahana.

5.1.2. Pengujian Subsistem Catu Daya

Pengujian subsistem catu daya ini bertujuan untuk mengetahui apakah

subsistem ini mampu mendukung semua kebutuhan sumber tegangan semua

komponen wahana. Pengujian dilakukan dengan menghubungkan catu daya

dengan sumber tegangan AC (± 220 volt). Sumber tegangan AC tersebut dapat

diperoleh dari konektor pada catu daya PC atau dari konektor sumber tegangan

ruangan. Kemudian, setiap keluaran dari subsistem catu daya diukur dengan

multitester untuk mengetahui besarnya tegangan di setiap keluaran subsistem

ini. Dari hasil pengukuran tegangan ini, dapat diketahui setiap keluaran yang

menjadi kebutuhan komponen-komponen wahana.

Hasil pengujian subsistem catu daya adalah:

• Kabel berwarna hitam merupakan keluaran catu daya dalam bentuk ground.

• Kabel berwarna merah merupakan keluaran tegangan DC 4,96 volt. Keluaran

ini kemudian dihubungkan dengan kabel power servo dan terminal tegangan

(max 5 volt) board mikrokontroler.

• Kabel berwarna kuning merupakan keluaran tegangan DC 11 - 12 volt yang

menjadi kebutuhan modul H-Bridge dan tegangan masukan mikrokontroler.

49

• Hasil pengukuran keluaran catu daya yang lain (kabel berwarna selain hitam,

kuning, dan merah) adalah tegangan DC yang lebih kecil dari 5 volt.

Hasil pengujian subsistem catu daya ini menunjukkan bahwa subsistem ini

mampu mendukung kebutuhan sumber tegangan wahana, yaitu kebutuhan

sumber tegangan untuk subsistem pengendali dan aktuator. Bahkan setelah

semua kebutuhan sumber tegangan wahana terpenuhi, keluaran subsistem ini

masih tersisa dan dapat digunakan sebagai sumber tegangan komponen

pendukung yang lain (misalnya kipas pendingin dan lampu indikator).

5.2. Pengujian Perangkat Lunak

Pengujian perangkat lunak wahana merupakan pengujian komunikasi antara

mikrokontroler dengan PC. Dua kode program yang berjalan pada masing-

masing komponen (mikrokontroler dan PC) harus saling berhubungan dan dapat

merespon dengan tepat satu sama lain. Pengolahan data yang dikirim atau

diterima oleh masing-masing komponen akan menentukan keberhasilan wahana

dalam menjalankan fungsinya. Pengujian ini dilakukan dengan menggunakan

fasilitas GUIDE MATLAB dan SIMULINK MATLAB.

5.2.1. Pengujian Pengendalian GUIDE

Pengendalian perangkat lunak GUIDE MATLAB merupakan pengendalian yang

bersifat statik. Kode program GUIDE akan membuka port komunikasi,

mengirimkan instruksi, kemudian menutup kembali port komunikasi tersebut.

Dalam hal ini, subsistem aktuator akan memberikan respon sesaat berdasarkan

instruksi yang dikirimkan oleh GUIDE.

Pembukaan, pengiriman, dan penutupan komunikasi melalui serial port

dilakukan pada setiap event callback komponen GUIDE wahana.

function s1_btn_Callback(hObject, eventdata, handle s) fopen(handles.to_com); a=get(handles.s1_slider,'Value'); b=strcat(num2str(round(a)),'a'); fwrite(handles.to_com,b); fclose(handles.to_com);

Pada kode tersebut, fungsi fopen() akan membuka port komunikasi yang telah

didefinikan dalam variabel handles.to_com. Setelah itu, fungsi fwrite() akan

50

mengirimkan data variabel b ke variabel handles.to_com atau mengirimkan

instruksi ke mikrokontroler. Fungsi fclose() akan menutup port komunikasi yang

telah dibuka oleh fungsi fopen().

Untuk setiap pengendalian subsistem aktuator baik servo maupun motor DC,

kode program GUIDE memiliki algoritma yang serupa dengan isi variabel (yang

dikirim oleh fungsi fwrite()) yang berbeda-beda (tergantung dari target yang

diinginkan).

Hasil pengujian perangkat lunak ini menunjukkan hasil yang memuaskan dan

telah berjalan dengan baik. Gangguan komunikasi dalam pengiriman dan

penerimaan instruksi tidak ditemukan dalam pengujian ini karena data yang

dikirim dan diterima hanya dikrim secara sesaat (tidak terus-menerus).

0 20 40 60 80 100 120 140 160 18040

60

80

100

120

140

160

180

200Kalibrasi Uji Statik Servo

Posisi shaft (derajat)

Pul

sa y

ang

diki

rim

Gambar 5. 1. Grafik hasil pengujian GUIDE MATLAB.

51

5.2.2. Pengujian Pengendalian SIMULINK

Pengujian perangkat lunak SIMULINK pada dasarnya sama dengan pengujian

GUIDE tetapi pada kode program SIMULINK, data instruksi bagi mikrokontroler

dikirim secara terus menerus berdasarkan suatu fungsi gerakan tertentu. Kode

program SIMULINK yang dibuat juga hanya mengendalikan subsistem aktuator

servo saja, tidak mendukung pengendalian subsistem aktuator motor DC.

Hasil pengujian perangkat lunak ini menunjukkan bahwa perangkat lunak ini

masih tidak stabil. Hal ini disebabkan oleh buffer serial port yang penuh.

Penuhnya buffer ini sebagai akibat dari SIMULINK yang mengirimkan data secara

terus menerus tanpa mempedulikan respon dari mikrokontroler. Keadaan ini

menyebabkan buffer serial port menerima data dari kedua pihak (instruksi dari

SIMULINK dan respon dari mikrokontroler) tanpa sempat mengosongkan isinya.

Walaupun kecepatan komunikasi antara mikrokontroler dan SIMULINK telah

dibuat sama, isi buffer tetap tidak mudah dikosongkan dari penerimaan dan

pengiriman data yang bersifat terus-menerus itu.

PC dengan kecepatan yang lebih tinggi dari mikrokontroler akan mengirimkan

data dengan frekuensi perubahan yang lebih banyak daripada mikrokontroler.

Perubahan respon mikrokontroler yang lebih lambat membuat buffer terus terisi

data instruksi SIMULINK sebelum sempat dikosongkan dari data respon

mikrokontroler. Hal ini akan menimbulkan adanya penumpukan data dalam

buffer serial port (data instruksi dan respon) dan menyebabkan terjadinya

overflow. Keadaan ini membuat program tidak stabil dan membuat respon

wahana tidak sesuai dengan yang diinginkan. Keadaan overflow ini sering terjadi

jika PC sedang menjalankan program yang sangat banyak dan menggunakan

kapasitas memori yang besar.

Buffer serial port menggunakan memori PC untuk menyimpan data yang

diterima atau dikirim kepadanya. Data itu dapat diambil oleh perangkat lunak

dalam PC (sebagai respon) atau mikrokontroler (sebagai instruksi) dan

mengakibatkan kondisi memori (isi buffer) kembali kosong. Jika PC sedang

menjalankan program yang banyak, besarnya memori PC bagi buffer serial port

menjadi sedikit dan data yang dapat ditampung oleh buffer tersebut menjadi

terbatas. Keterbatasan jumlah memori ini dan perubahan instruksi yang tidak

52

diiringi oleh perubahan respon akan menyebabkan penuhnya buffer serial port

sehingga sistem menjadi overflow.

Gambar 5. 2. Pengujian SIMULINK MATLAB

5.3. Pengujian Fungsional Sistem

Pengujian fungsional sistem bertujuan untuk menguji prestasi wahana

terhadap suatu kasus tertentu. Dalam hal ini, kasus yang akan diuji terdiri atas:

(a) kemampuan alat untuk bergerak membentuk kurva ∞,

(b) kemampuan alat untuk bergerak sesuai dengan fungsi gerakan yang

didefinisikan pengguna.

Pengujian fungsional ini difokuskan pada pengendalian subsistem aktuator

servo karena kedua kasus yang akan diuji dapat dipenuhi oleh subsistem

aktuator servo (tanpa pengendalian subsistem aktuator motor DC). Selain itu,

perangkat lunak yang dibangun tidak dapat mendukung kedua jenis

pengendalian ini (pengujian gerakan dan pengendalian motor DC) secara

bersamaan. Untuk melakukan pengendalian subsistem motor DC selama

pengujian sistem, perlu adanya pengembangan perangkat lunak bagi PC

(misalnya penambahan blok pengenadalian motor DC dalam SIMULINK). Sistem

yang telah dibangun pada penelitian ini sebenarnya dapat melakukan kedua

pengendalian tersebut (pengendalian motor DC dan pengujian kasus) tetapi

harus dilakukan secara berurutan, yaitu pengendalian subsistem motor DC

dijalankan terlebih dahulu (dengan GUIDE) kemudian dilanjutkan dengan

53

pengujian wahana untuk kedua kasus; atau sebaliknya pengujian gerakan

wahana kemudian pengendalian subsistem aktuator motor DC.

Teknik pengujian fungsional sistem dilakukan dengan dua metode utama, yaitu

berdasarkan PC (PC based) dan berdasarkan mikrokontroler (micro based).

Pada metode berdasarkan PC, perhitungan persamaan gerak 3 DOF

didefinisikan dan diproses dalam PC. Kemudian, hasil perhitungan tersebut

(berupa perubahan posisi shaft servo) dikirimkan ke mikrokontroler untuk

disalurkan ke subsistem aktuator servo. Pada micro based proses perubahan

posisi shaft servo dilakukan di dalam mikrokontroler; PC hanya mengirimkan

instruksi berupa konstanta variabel yang sesuai dengan persamaan kasus gerak

wahana.

Kedua metode utama tersebut pada dasarnya memiliki teknik yang sama,

perbedaannya terletak di tempat pengendalian perubahan posisi shaft servo.

Pada PC based, tempat perubahan posisi shaft servo berada di PC sehingga

mikrokontroler langsung menerima posisi shaft servo tanpa perlu melakukan

perhitungan. Dalam hal ini, PC harus terus berkomunikasi dengan

mikrokontroler untuk memperbaiki keadaan / merubah posisi shaft servo.

Pada micro based, PC hanya memberikan variabel-variabel – yang sesuai

dengan persamaan gerak – yang didefinisikan oleh pengguna kemudian

membiarkan mikrokontroler melakukan perubahan posisi shaft servo.

Hubungan antara PC dan mikrokontroler dapat diputus / ditutup setelah semua

variabel gerak selesai dikirim ke mikrokontroler. Dengan kata lain

mikrokontroler dapat bergerak secara bebas tanpa terikat dengan PC.

Tabel 5. 1. Tabel perbedaan metode pengujian sistem:

Metode Tempat merubah posisi shaft servo

Hubungan komunikasi PC dan mikrokontroler

PC based PC Terus terbuka Micro based Mikrokontroler Dapat ditutup

54

5.3.1. Persamaan Gerak Fungsional Sistem

Persamaan gerak yang menjadi dasar pergerakan sistem merupakan persamaan

yang didefinisikan oleh pengguna. Persamaan ini dapat diproses dalam PC (PC-

based) atau dalam mikrokontroler (micro-based). Pada dasarnya persamaan

gerak untuk wahana kepakan sayap terdiri atas 3 buah persamaan utama. Ketiga

persamaan itu menyatakan pergerakan angular subsistem aktuator yang berada

di ketiga sumbu koordinat utama. Dengan mendefinisikan persamaan ini,

subsistem aktuator akan bergerak dalam tiga derajat kebebasan dan berada

pada posisi yang sesuai dengan persamaan gerak tersebut.

Kasus gerakan yang diuji adalah kasus gerakan membentuk kurva ∞ dan kasus

gerakan sayap serangga saat hovering. Kedua kasus tersebut merupakan kasus

yang memiliki persamaan gerak sinusoidal terhadap waktu.

• Kasus gerakan kurva ∞ / kurva 8 /helix

Komponen utama untuk kasus gerakan kurva ∞ adalah servo yang bergerak

pada sumbu x dan y. Perubahan posisi shaft kedua servo ini merupakan

fungsi sinusoidal terhadap waktu, yaitu:

persamaan 5. 1.

dimana:

A = amplitudo (maksimum posisi shaft servo),

f = frekuensi gerakan servo,

t = waktu.

Sebelum hasil perhitungan dimasukkan ke dalam mikrokontroler,

persamaan 5.1. harus diubah menjadi lebar pulsa hi yang merupakan

parameter kedudukan shaft servo. Cara termudah yang dapat dilakukan

adalah dengan melakukan konversi sudut shaft dari persamaan 5.1.

menjadi lebar pulsa hi, dimana jika posisi shaft servo sebesar 180o, lebar

pulsa hi yang dikirim ke mikrokontroler / servo sebesar 200. Dengan

rentang posisi shaft servo antara 0o sampai 180

o, lebar pulsa hi yang dikirim

ke mikrokontroler / servo berada dalam rentang 40 sampai 200. Dengan

melakukan konversi sederhana tersebut, persamaan 5.1. dapat menjadi

55

persamaan gerakan / posisi shaft servo terhadap waktu dan dapat

digunakan untuk menggerakkan wahana.

Cara konversi yang lain adalah dengan menggunakan proses pengujian

static (GUIDE). Melalui pengujian ini akan diperoleh hasil kalibrasi /

persamaan distribusi pulsa servo terhadap sudut shaft yang terbentuk pada

subsistem aktuator. Dengan persamaan tersebut, pengguna dapat

mendefinisikan besar pulsa yang akan memberikan gerakan sudut shaft

yang sesuai dengan persamaan yang diinginkannya.

Untuk membentuk kurva ∞, dibutuhkan dua buah persamaan untuk

mengendalikan gerakan servo pada sumbu x dan y. Kedua persamaan

tersebut merupakan persamaan sinusoidal dengan karakteristik / model

yang sama, tetapi memiliki frekuensi yang berbeda. Salah satu frekuensi

(untuk servo di sumbu x atau y) harus memiliki frekuensi dua kali frekuensi

sumbu yang lain (x atau y). Misal jika persamaan gerak servo pada sumbu x

memiliki frekuensi sebesar a, persamaan gerak servo pada sumbu y harus

memiliki frekuensi sebesar 2a. Persamaan ini akan membentuk gerakan

seperti pada gambar 3.2 dengan arah vertikal kertas sebagai sumbu y dan

arah mendatar sebagai sumbu x.

• Kasus gerakan berdasarkan fungsi masukan pengguna

Dalam kasus ini, fungsi yang dipilih adalah fungsi gerakan sayap serangga.

Kepakan serangga ini merupakan gerakan kepakan sayap yang cukup

sederhana. Pergerakan sayap serangga merupakan gerakan bolak-balik

(sinusoidal) yang terdiri dari dua persamaan utama. Kedua persamaan

tersebut terdiri dari persamaan untuk mendefinisikan gerakan kepakan (ke

atas-ke bawah) dan gerakan sudut serang sayap serangga tersebut dalam

suatu rentang waktu tertentu.

56

Fungsi tersebut adalah:

(a) persamaan gerak pusat sayap:

persamaan 5. 2.

(b) persamaan sudut serang sayap:

persamaan 5. 3.

dimana:

φ = perbedaan fase.

Gambar 5. 3. Hasil fungsi persamaan kepakan sayap serangga (Wang, Two

Dimensional Mechanism for Insect Hovering, 2000)

5.3.2. Pengujian Berdasarkan PC

Pengujian berdasarkan PC dilakukan dengan menggunakan SIMULINK. Hal ini

didasarkan pada kemudahan SIMULINK untuk mendefinisikan fungsi dan

merubah (menambah / mengurangi / mendefinisikan) setiap blok yang ada di

dalamnya. Perangkat lunak SIMULINK yang diuji (yang telah dijelaskan pada bab-

bab sebelumnya) dijalankan dalam bentuk real time berdasarkan fasilitas real

time windows target yang dimiliki oleh MATLAB. Dengan fasilitas ini, sample

time (perubahan waktu) SIMULINK wahana berubah berdasarkan perubahan

waktu sistem operasi (yang menjadi tempat operasi perangkat lunak MATLAB

berjalan).

Karena pada saat pengujian perangkat lunak SIMULINK wahana terjadi

kesalahan overflow, dalam blok pengiriman data (m-file) ditambahkan fungsi try-

cacth yang akan mengatasi kesalahan pengiriman data akibat overflow tersebut.

57

Hasil pengujian metode berdasarkan PC ini adalah:

1. Perubahan posisi shaft bergerak sesuai dengan waktu sistem operasi.

Dengan kata lain, perubahan tersebut sesuai dengan persamaan yang

dibangun.

2. Overflow tetap terjadi terutama jika beban kerja PC sangat berat. Komponen

yang mengatasi kesalahan overflow (try-catcth) mengembalikan kondisi

shaft servo seperti kondisi awal (ketika SIMULINK dijalankan) dan

menyebabkan wahana bergerak tidak wajar / aneh.

3. Pengendalian motor DC tidak dapat dilakukan saat SIMULINK berjalan

karena jalur komunikasi ke serial port selalu digunakan oleh SIMULINK untuk

melakukan perubahan posisi shaft servo. Oleh karena itu, pengendalian

motor DC ini harus dijalankan sebelum SIMULINK berjalan.

0 5 10 15 20 25 30 35 4040

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

sample time

puls

a hi

sumbu x

sumbu ysumbu z

Gambar 5. 4. Hasil perhitungan persamaan gerak

58

0 5 10 15 20 25 30 35 4040

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

puls

a hi

sample time

sumbu x

sumbu y

sumbu zsumbu x

sumbu y

sumbu z

Gambar 5. 5. Hasil pergerakan wahana

105 110 115 120 125 130 135100

105

110

115

120

125

130

135

140

Gambar 5. 6. Hasil pergerakan yang diinginkan dari persamaan

105 110 115 120 125 130 135100

105

110

115

120

125

130

135

140

sumbu x

sum

bu y

112 114 116 118 120 122 124 126 128 130105

110

115

120

125

130

135

sumbu x

sum

bu y

Gambar 5. 7. Gambar hasil pergerakan wahana pada rentang sample time 0 – 20 (kiri) dan 20 – 40 (kanan)

59

Pada dasarnya hasil dari metode berdasarkan PC ini tidak sesuai dengan hal

yang diinginkan (gagal). Dari semua pengujian (PC-Based) yang telah dilakukan,

rata-rata wahana bergerak sesuai dengan persamaan yang diinginkan pada

suatu rentang waktu yang pendek. Setelah itu, sistem komunikasi antara

SIMULINK dan mikrokontroler mengalami overflow dan mengakibatkan wahana

bergerak aneh / tidak wajar (error). Fungsi try-catch yang telah dimasukkan

dalam SIMULINK dapat menangani error yang terjadi (SIMULINK tidak

mengalami crash), tetapi tidak mampu menangani proses perhitungan yang

hilang selama overflow. Oleh karena itu, walaupun telah melewati fungsi try-

catch ini, wahana tetap bergerak aneh dan tidak sesuai dengan persamaan yang

telah didefinisikan.

Selain menggunakan try-catch, dapat dilakukan pembentukan serangkaian data

(dengan cara memperhitungkan persamaan gerak dalam SIMULINK) untuk

mengatasi masalah overflow tersebut. Hasil perhitungan tersebut dibagi menjadi

beberapa data konstanta dengan suatu rentang waktu tertentu. Data-data

konstanta itu kemudian dikirim ke mikrokontroler yang akan menyimpannya

menjadi data array. Setelah itu, perulangan pengiriman pulsa (dari

mikrokontroler ke subsistem aktuator servo) diatur jumlahnya sesuai dengan

rentang waktu data-data yang telah dimasukkan. Dengan demikian,

mikrokontroler akan melakukan perulangan pengiriman pulsa sejumlah tertentu

(berdasarkan rentang waktu perubahan data hasil perhitungan dalam PC)

kemudian merubah posisi shaft servo sesuai dengan data-data yang telah

disimpannya. Selain itu, dengan metode ini, SIMULINK hanya mengirimkan data-

data tersebut satu kali saja sehingga permasalahan yang timbul akibat

pengiriman data secara terus menerus (dari SIMULINK ke mikrokontroler) /

overflow dapat diatasi. Hal tersebut dikarenakan setelah SIMULINK mengirimkan

semua data perhitungan, komunikasi antara SIMULINK dan mikrokontroler

dapat diputus / dilepas (mikrokontroler dapat memroses sendiri tanpa bantuan

SIMULINK).

60

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 2040

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

sample time

puls

a hi

sumbu xsumbu y

sumbu z

sumbu x (data)

sumbu y (data)sumbu z (data)

Gambar 5. 8. Hasil perhitungan dan pembagian data array

105 110 115 120 125 130 135100

105

110

115

120

125

130

135

140

sumbu x

sum

bu y

perhitungan

wahana

Gambar 5. 9. Hasil pergerakan wahana (data array)

Pergerakan wahana dengan menggunakan metode data array ini sangat stabil,

bahkan selama beberapa putaran (dalam banyak pengujian) wahana mampu

melewati garis lintasan yang sama (tanpa selisih). Kelemahan metode ini adalah

terbatasnya jumlah data yang mampu dikirim ke dalam mikrokontroler (pada

61

pengujian ini hanya terdapat 50 masukan data) sehingga perlu adanya

penyesuaian letak data yang akan dimasukkan (terutama pada daerah

lengkungan) dan waktu / selang perubahan data yang harus sesuai dengan

persamaan gerak (yang telah ditentukan).

5.3.3. Pengujian Berdasarkan Mikrokontroler

Metode perhitungan perubahan posisi shaft servo yang terdapat di dalam

mikrokontroler terbagi menjadi dua bagian, yaitu:

(a) perhitungan secara linier;

(b) perhitungan fungsi sinusoidal dalam mikrokontroler.

Perhitungan secara linier dilakukan dengan mengubah fungsi sinusoidal menjadi

suatu fungsi garis lurus yang berulang-ulang. Dengan kata lain, persamaan

perubahan posisi servo akan menjadi persamaan yang sederhana (tidak terdapat

perhitungan perkalian, hanya penambahan dan pengurangan variabel). Dengan

fungsi penambahan dan pengurangan ini, akan didapat gerakan bolak-balik yang

mendekati fungsi sinusoidal yang diinginkan.

Penggunaan perhitungan tambah-kurang ini diharapkan akan meringankan kerja

mikrokontroler untuk memproses persamaan sinusoidal dalam dirinya. Dengan

hanya menggunakan prinsip tambah-kurang ini, variabel (dari proses

perhitungan) yang terbentuk juga akan mengurangi kerja yang dibutuhkan

mikrokontroler untuk memperoleh hasil perhitungan variabel selanjutnya. Dan

pada akhirnya, diharapkan sistem aktuator yang terhubung dengan

mikrokontroler dapat merespon hasil perhitungan tersebut dengan cepat.

62

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 2040

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

sample time

puls

a hi

sinusoidal xsinusoidal y

sinusoidal z

linier x

linier ylinier z

Gambar 5. 10. Grafik perhitungan linier mikrokontroler

Kelemahan utama fungsi linier ini adalah pada akurasi perhitungan yang

dilakukannya. Pendekatan linier yang dilakukan terhadap fungsi sinusoidal akan

menghasilkan suatu renggang / selisih yang semakin bertambah dengan

bertambahnya lengkungan (kurva) perhitungan fungsi sinusoidal. Tentu saja hal

ini tidak baik jika gerakan yang ingin dihasilkan wahana berupa gerakan yang

melengkung (seperti kurva 8). Untuk gerakan yang melengkung, hasil yang

terjadi adalah gerakan membentuk segitiga di bagian puncak lengkungan

sehingga gerakan yang tercipta pada lengkungan itu tidak mulus.

105 110 115 120 125 130 135100

105

110

115

120

125

130

135

140

105 110 115 120 125 130 135100

105

110

115

120

125

130

135

140

Gambar 5. 11. Perbandingan gerakan wahana yang diinginkan dan pergerakan wahana menggunakan

fungsi linier

63

Perhitungan fungsi sinusoidal dalam mikrokontroler dilakukan dengan cara

memasukkan fungsi sinusoidal ke mikrokontroler. Dengan motode ini, PC hanya

mengirimkan konstanta variabel fungsi sinusoidal tersebut (seperti Amplitudo

fungsi, fase, atau bias) dan membiarkan mikrokontroler melakukan perhitungan

perubahan posisi shaft servo berdasarkan fungsi sinusoidal yang terdapat di

dalamnya. Penggunaan fungsi sinusoidal dalam mikrokontroler 8 bits akan

menguras tenaga mikrokontroler. Hal ini disebabkan perhitungan fungsi sin()

atau fungsi cos() membutuhkan variabel berbentuk float (32 bits) sehingga

untuk memroses variabel tersebut, mikrokontroler harus menyediakan register

yang lebih dari 8 bits (untuk satu variabel perhitungan diperlukan lebih dari satu

register). Pemrosesan register yang lebih dari 8 bits ini akan memperlambat

proses penggerakan aktuator, bahkan dapat membuat mikrokontroler seakan-

akan crash atau tidak bekerja. Dari banyak percobaan menggunakan metode ini,

tidak satu pun gerakan yang dihasilkan sesuai dengan yang diinginkan (gagal).

Rata-rata pergerakan yang terjadi adalah gerakan bolak-balik kecil di ketiga

sumbu pergerakan (sama seperti pergerakan yang dihasilkan SIMULINK saat

memasuki rentang waktu yang lama).

110 115 120 125 130 135105

110

115

120

125

130

sumbu x (pulsa hi)

sum

bu y

(pu

lsa

hi)

Gambar 5. 12. Hasil pergerakan fungsi sinusoidal mikrokontroler

64

Hasil pengujian metode micro based adalah:

Tabel 5. 2. Hasil pengujian metode micro based

Jenis metode Keuntungan Kerugian Linier Proses perhitungan yang

dilakukan mikrokontroler tidak terlalu rumit

Akurasi posisi servo tidak baik karena fungsi sinusoidal didekati melalui fungsi linier

Sinusoidal Akurasi posisi shaft servo sesuai dengan fungsi yang didefinisikan pengguna

Proses perhitungan yang dilakukan mikrokontroler terlalu rumit dan lebih sering menimbulkan kesalahan

Hal ini berdasarkan pada beberapa hal sebagai berikut:

1. Pada metode linier, kesalahan yang terjadi akibat pendekatan fungsi

sinusoidal ke fungsi linier lebih besar dari pada kedua metode yang lain. Hal

tersebut terutama pada grafik fungsi sinusoidal yang sangat melengkung

sehingga hasil perhitungan linier tidak mampu menjangkau fungsi

sinusoidal itu.

2. Dengan memasukkan fungsi sinusoidal ke mikrokontroler, hasil

perhitungan akan sangat akurat dan lebih baik dari fungsi yang lain. Akan

tetapi, perhitungan sinusoidal (fungsi sin()) merupakan jenis perhitungan

32 bits (bilangan float) yang tidak dapat didukung oleh mikrokontroler

ATMega8535 pada wahana (memiliki kapasitas perhitungan 8 bit). Hal

tersebut menyebabkan perhitungan persamaan sinusoidal menjadi tidak

akurat bahkan membuat wahana bergerak tidak wajar.

5.4. Pengujian Keseluruhan Sistem Wahana

Pengujian fungsional sistem untuk membentuk kepakan sayap serangga

memperoleh hasil yang baik untuk semua metode baik berdasarkan PC maupun

mikrokontroler. Wahana berhasil bergerak dengan baik dan memiliki lintasan

yang tepat dalam banyak pengujian. Hal ini terlihat dari kesalahan pergerakan

wahana untuk membentuk lintasan kepakan sayap yang sangat kecil, bahkan

sangat sulit untuk menentukan besarnya kesalahan yang terjadi. Yang paling

tampak adalah kesalahan dalam frekuensi / periode gerakan yang terjadi karena

adanya selisih data atau perbedaan metode yang diberikan.

65

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1040

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

sumbu z (alpha)

sumbu x (A)

sumbu y

Gambar 5. 13. Hasil perhitungan persamaan kepakan sayap serangga

105 110 115 120 125 130 135119

119.2

119.4

119.6

119.8

120

120.2

120.4

120.6

120.8

121

pulsa hi sumbu x

puls

a hi

sum

bu y

Gambar 5. 14. Hasil pergerakan wahana (kepakan sayap serangga)

Untuk pembentukan kurva 8 atau helix, kesalahan banyak terjadi pada daerah

yang melengkung. Hal ini disebabkan oleh adanya variabel diskrit pulsa yang

diberikan pada servo di ketiga sumbu. Seperti yang telah dijelaskan di bab-bab

awal, shaft servo bergerak berdasarkan pulsa hi yang memiliki rentang antara 1

milidetik sampai dengan 2 milidetik dalam pulsa yang memiliki periode 20

milidetik (tergantung pada jenis servo yang digunakan). Rentang pulsa hi

tersebut dibagi dalam variabel yang memiliki rentang 40 – 200 dan berupa data

diskrit. Hal ini menyebabkan servo seakan-akan bergerak patah-patah dan

66

membentuk gerakan kotak-kotak pada daerah lengkungan (yang membutuhkan

data kontinu) sehingga akan menimbulkan kesalahan pada daerah tersebut.

Gambar 5. 15. Perbandingan hasil pergerakan wahana dan hasil perhitungan (kurva 8)

Periode yang terjadi selama pengujian rata-rata adalah 3,93 detik. Pada

dasarnya periode untuk satu putaran gerakan bolak-balik wahana ini dapat

diubah-ubah sesuai dengan keinginan pengguna. Periode ini juga tergantung

pada kecepatan putar servo tersebut dan kecepatan komponen feedback

putaran shaft untuk menyesuaikan pulsa yang diterima oleh servo dengan

kedudukan shaft servo saat pulsa tersebut diterima.

Gambar 5. 16. Periode pergerakan wahana

Berdasarkan hasil pengujian fungsional sistem, terdapat dua metode yang dapat

menjadi landasan pengujian wahana di masa mendatang. Kedua metode

tersebut adalah penggunaan SIMULINK dan penggunaan data array untuk

merubah posisi shaft servo di suatu rentang waktu tertentu. Keduanya memiliki

kelemahan dan kelebihan masing-masing dan memungkinkan untuk terus

dikembangkan menjadi lebih baik.

67

Secara keseluruhan, wahana telah dapat berjalan sesuai dengan fungsinya.

Kesalahan – yang terdapat pada wahana – yang sering terjadi adalah pada

perangkat lunak yang berjalan pada wahana. Kelemahan lain yang muncul

adalah berubahnya sistem koordinat utama sistem aktuator saat wahana

bergerak secara dinamik. Perubahan sistem koordinat tersebut terutama terjadi

pada subsistem aktuator servo. Saat pergerakan dinamik (servo membentuk

suatu sudut), servo tersebut akan lepas dari sumbu sistem koordinat utama. Hal

ini menyebabkan wahana seakan-akan memiliki dua sistem koordinat acuan.

Pembentukan sistem koordinat yang berlainan ini terjadi pada servo pada

sumbu x dan y (lihat gambar 3.1.) karena servo pada sumbu z akan selalu

memiliki sistem koordinat yang sama dengan servo pada sumbu x.